Caratterizzazione di una soluzione polimerica a base di pHEMA per il rivestimento sterile di stent coronarici

Capitolo 1 : Introduzione 
 
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Capitolo 1 
 
Introduzione 
 
La malattia aterosclerotica coronarica (Coronary Artery Disease, CAD) è la forma di 
cardiopatia piø   diffusa nel mondo occidentale ed influisce fortemente sulla salute, qualità e 
aspettative di vita. Attualmente è la piø comune e grave malattia cronica tra le patologie con 
maggiore tasso di mortalità. 
La base patogenetica di tale quadro è realizzata, nella quasi totalità dei casi, dalla stenosi 
coronarica, rappresentata dall’occlusione o dal restringimento dell’arteria coronarica dovuta 
alla formazione di una placca aterosclerotica di depositi lipidici o di un coaugulo di sangue.  
La principale conseguenza clinica è la cardiopatia ischemica, caratterizzata da un ridotto 
apporto di sangue e nutrienti verso il cuore causando, nei casi piø gravi, l’infarto del 
miocardio. 
La terapia medica che è di estrema importanza per i pazienti affetti da cardiopatia ischemica, 
è stata rappresentata  fino alla fine degli anni ’70 dall’unico intervento chirurgico in grado di 
risolvere il problema, ovvero il bypass aortocoronarico. 
Successivamente si è passati ad una tipologia di intervento piø efficace e meno invasiva: 
l’angioplastica coronarica trasluminare  percutanea (PTCA) che ha segnato l’inizio dell’era 
moderna della cardiologia interventistica. La scopo di questa tecnica è la frammentazione 
della placca mediante l’inserimento di un catetere con un palloncino terminale. Il gonfiaggio 
del palloncino esercita una pressione costante e pulsatoria che permette lo schiacciamento 
della placca verso le pareti del vaso, con conseguente dilatazione del lume vasale. 
Sfortunatamente il successo di tale tecnica è  limitato fortemente dal fenomeno della 
restenosi. Questa è dovuta principalmente alla lesione della parete coronarica provocata dal 
palloncino, alla perdita di elasticità del vaso, alla progressiva diminuzione del diametro e alla 
migrazione e proliferazione delle cellule muscolari lisce della parete vasale.
Capitolo 1 : Introduzione 
 
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Oggi, grazie all’evoluzione tecnologica e a nuovi criteri clinici, la tradizionale tecnica della 
PTCA è stata resa piø sicura ed efficace mediante l’impianto di un nuovo dispositivo 
cardiovascolare: lo stent coronarico. Questo è costituito da una maglia metallica di acciaio 
austenitico 316L, di forma tubolare capace di sostenere le pareti del vaso stenotico riducendo, 
così, drasticamente le complicanze acute dell’angioplastica legate all’elastic recoil e al 
rimodellamento negativo. Nonostante questi dispositivi abbiano ridotto la percentuale di 
restenosi del 35-50%, resta irrisolto il problema dell’iperplasia neointimale e quindi della 
proliferazione delle cellule muscolari lisce che rappresentano l’unico meccanismo 
responsabile della restenosi dopo impianto di stent. 
Numerosi approcci farmacologici sono falliti nel tentativo di risolvere tale problema, 
probabilmente perchØ le dosi di farmaco che possono essere somministrate per via sistemica, 
senza essere tossiche, non permettono il raggiungimento di un'adeguata concentrazione 
terapeutica nel sito della lesione. 
Attualmente, nella prevenzione della restenosi intrastent, sono stati introdotti gli stent a 
rilascio di farmaco (DES) e con essi è emerso un nuovo concetto di stent. Quest’ultimo non è 
piø visto come un semplice supporto della parete vasale, ma come veicolo di un farmaco 
all’interno della parete coronarica per impedire la cascata di eventi sfavorevoli che portano 
alla proliferazione neointimale. 
Già da alcuni anni si era ipotizzato che il rilascio diretto dei farmaci a livello della lesione 
vascolare tramite stents con rivestimenti, polimerici o non, fosse un approccio razionale per 
realizzare un'adeguata distribuzione locale del farmaco. Con questa metodica il farmaco viene 
rilasciato nell'esatto sito in cui è stato provocato il danno vascolare e contemporaneamente 
all'effettuazione del danno stesso. Il rilascio locale della sostanza permette il raggiungimento 
di elevate concentrazioni locali senza effetti sistemici. Sono stati studiati diversi tipi di 
polimeri sintetici e naturali per uso vascolare e testati come rivestimento per gli stent, ma i 
risultati di questi studi non sono stati soddisfacenti. La causa di ciò, è probabilmente dovuta 
alle caratteristiche intrinseche dei polimeri sintetici, come la superficie del polimero (ruvidità, 
porosità), il tasso di frammentazione e degradazione in caso di sostanze riassorbibili. 
Il farmaco ideale deve essere i grado di inibire i complessi meccanismi molecolari che 
provocano la restenosi attraverso l’inibizione della precoce risposta infiammatoria e della 
crescita delle cellule muscolari lisce, senza avere effetti tossici locali e sistemici.
Capitolo 1 : Introduzione 
 
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Numerosi sono stati i farmaci utilizzati nei drug eluting stent (DES), anche se attualmente gli 
unici stent medicati approvati dalla Food and Drug Administration (FDA) e, quindi 
disponibili sul mercato sono il BiodivYsio( Biocompatibile), il Cypher(Cordis) a rilascio di 
sirolimus e il Taxus a rilascio di paclitaxel. 
Numerosi studi clinici hanno evidenziato il notevole miglioramento nella cura della restenosi 
apportato da questi stent. Ciò nonostante, hanno la grande limitazione di costituire sistemi 
omogenei in grado, cioè di rilasciare in maniera controllata e con cinetiche dettate dalla 
semplice diffusione, un solo agente attivo lipofilo, attraverso il rivestimento in cui è disperso 
uniformemente. D’altronde la restenosi risulta essere attivata da una serie di eventi a cascata, 
quali ad esempio la migrazione e la proliferazione di cellule a seguito del trauma meccanico 
provocato dal palloncino e dal conseguente posizionamento dello stent. Appare, dunque, 
auspicabile l’utilizzo combinato di piø agenti attivi per contrastarla in maniera efficace. 
Molti sono stati i farmaci idrofili sperimentati come inibitori della restenosi, cioè capaci di 
bloccare la precoce risposta infiammatoria dell’organismo e il processo di proliferazione delle 
cellule muscolari lisce  senza avere effetti tossici locali e sistemici. La fludarabina , per 
esempio, si è dimostrata capace di inibire la proliferazione delle vascular smooth muscle cell 
(VSMC) sia in vitro che in vivo. 
Oggi, la tecnologia bioingegneristica sta cercando di creare dei sistemi in grado di veicolare 
un farmaco sia di natura idrofoba che idrosolubile altresì non realizzabile con i dispositivi 
attualmente in commercio. I farmaci idrosolubili, infatti, non utilizzabili a seguito di ridotta 
affinità tra il polimero che costituisce il rivestimento ed il farmaco, possono essere rilasciati 
previa incapsulamento in microsfere. 
Il sistema proposto, quindi, consentendo di incapsulare all’interno di microsfere polimeriche 
farmaci di diversa natura, permetterebbe di utilizzare stent rivestiti capaci di rilasciare in situ e 
con cinetiche modulabili farmaci di diversa natura, utili per l’inibizione della proliferazione 
delle SMC e la promozione del processo di endotelizzazione. 
Le criticità progettuali di questi stent possono essere attribuite ad alcune variabili, come 
l’assenza di un rivestimento omogeneo e la presenza dell’agente attivo durante il processo di 
sterilizzazione a cui deve essere sottoposto un qualunque dispositivo medico. Infatti, da un 
lato è necessario assicurare la realizzazione di un rivestimento omogeneo che permetta di 
evitare l’adsorbimento proteico sulla superficie dello stent  con conseguente adesione
Capitolo 1 : Introduzione 
 
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cellulare e risposta da parte dell’organismo. Dall’altro la presenza del farmaco impone la 
scelta di una corretta tecnica di sterilizzazione, al fine di evitare la denaturazione o 
l’inefficacia dello stesso. 
E’ da queste problematiche che nasce l’idea di ottimizzare il processo di nebulizzazione, al 
fine di produrre un rivestimento omogeneo sulla superficie dello stent, tramite tecnica spray. 
Inoltre, si è valutata la possibilità di rivestire in maniera sterile lo stent, in modo da evitare 
possibili denaturazioni del farmaco a seguito delle normali procedure di sterilizzazione. 
A tale scopo, in una prima fase sono state preparate soluzioni di poli-idrossi-etil-metacrilato 
(pHEMA)/etanolo a diversa concentrazione del polimero (5%, 10%, 20% w/v) e sottoposte a 
prove reologiche caratterizzandone la viscosità. Poi, sono state valutate le possibili variazioni 
della viscosità a seguito dell’introduzione delle microsfere nella soluzione ritenuta ottimale 
per la nebulizzazione. Infine, sono state effettuate delle prove di creep per valutare la 
possibile variazione della viscosità durante il tempo di nebulizzazione. 
In una seconda fase, si è studiata la possibilità di creare una procedura di sterilizzazione dello 
stent, al fine di rivestirlo in maniera sterile. Per questo motivo sono stati preparati in modo 
sterile campioni di acciaio 316L, stesso materiale dello stent, rivestiti di pHEMA  e sottoposti 
ai test di citotossicità per valutare la presenza di danni biologici acuti a livello cellulare. Per 
avere una sicurezza dell’effettiva sterilità, i risultati dei test sono stai confrontati con campioni 
di controllo sottoposti a sterilizzazione Uv per circa due ore dopo il rivestimento.
Capitolo 2 : Stato dell’arte - Stent 
 
 
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Capitolo 2 
 
Stato dell’arte-Stent 
 
Le malattie cardiovascolari sono la principale causa di morte e disabilità nel mondo 
industrializzato; rappresentano il 49% di tutte le morti in Europa e il 30% di tutte le morti 
prima dei 65 anni. Lo spettro delle malattie è ampio e sicuramente la cardiopatia ischemica è 
tra le sindromi  piø frequenti e viene affrontata, secondo i casi, mediante la prevenzione dei 
fattori di rischio, quali l’ipertensione, il fumo e il diabete mellito, la terapia farmacologica ed 
infine, con l’intervento chirurgico [1]. 
La cardiopatia ischemica è una malattia cardiaca caratterizzata da un ridotto apporto di sangue 
al cuore, dovuto alla chiusura o al restringimento delle arterie coronarie, i vasi che nutrono il 
cuore stesso. 
Per quanto riguarda i vasi sanguigni esistono diverse possibili malattie della parete vascolare 
che conducono alle due principali cause di malfunzionamento: la stenosi e l’aneurisma. 
La stenosi (fig. 1)  è un restringimento del diametro dell’arteria causato dalla crescita di una 
placca aterosclerotica  o dalla formazione di un coagulo. Un’arteria stenotica non è piø in 
grado di trasportare efficacemente il sangue verso i distretti piø periferici e quando la stenosi è 
molto grave (il diametro utile per il passaggio del sangue si è ridotto moltissimo), i tessuti a 
valle possono diventare ischemici. Un’ischemia grave riduce o annulla l’apporto di ossigeno 
ai tessuti che perciò muoiono (necrosi). 
Stenosi
Ostruzione 
arteria 
coronarica
Miocardio 
Ischemico
Stenosi
Ostruzione 
arteria 
coronarica
Miocardio 
Ischemico
 
Figura 1: Anatomia del cuore con particolare di coronaria stenotica
Capitolo 2 : Stato dell’arte - Stent 
 
 
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L’aneurisma, invece, è la dilatazione dei vasi sanguigni, che causa la rottura dell’arteria. In 
questo caso la parete arteriosa si dilata in modo anomalo e ciò può portare nei casi piø gravi 
alla rottura del vaso provocando emorragie interne con conseguente interruzione del flusso 
sanguigno. 
Il bypass coronarico (fig. 2) che, fino agli anni ’70, era l’unico intervento chirurgico per 
risolvere l’occlusione o il restringimento delle coronarie, consiste nel bypassare il 
restringimento ripristinando la circolazione attraverso un ponte costituito da una vena 
prelevata  solitamente da un arto inferiore. 
 
Figura 2 : Bypass aortocoronarico 
Negli anni ’80 l’imporsi dell’angioplastica coronarica percutanea trasluminare (PTCA), 
tecnica meno invasiva e costosa del bypass, ha dato inizio all’era moderna della cardiologia 
interventistica. La PTCA è una metodica ampiamente diffusa per rivascolarizzare il miocardio 
in pazienti che presentano una cardiopatia ischemica sintomatica con stenosi prossimali delle 
coronarie. La risoluzione di questo problema è stato uno dei piø importanti obiettivi della 
ricerca nella cardiologia interventistica degli ultimi dieci anni ed oggi la patologia 
aterosclerotica può essere trattata e risolta mediante tecniche endovascolari minimamente 
invasive che ripristinano il lume vasale attraverso lo schiacciamento della placca occlusiva e 
la dilatazione locale dell’arteria [2].  
 La procedura, che ha come obiettivo la frammentazione della placca, consiste nel far 
avanzare nell’arteria che deve essere dilatata un catetere con un piccolo palloncino terminale. 
Quest’ultimo viene posizionato, con controllo radiografico, a cavallo della stenosi. Gonfiando 
il palloncino viene esercita una pressione costante e  pulsatoria che frammenta e comprime la 
placca permettendo il ripristino del normale flusso ematico (fig.3) [3]. Successivamente 
all’espansione il palloncino viene sgonfiato e rimosso dal vaso [4].